WO2011023155A1 - Verfahren und vorrichtung zur blasformung von behältern - Google Patents

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Frank Haesendonckx
Matthias Gernhuber
Pisarn Pasutanon
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    • B29K2067/00—Use of polyesters or derivatives thereof, as moulding material

Definitions

  • the invention relates to a method for the blow molding of containers, in which a preform made of a thermoplastic material after thermal conditioning along a transport path in the region of a heating section within a blow mold is converted by blowing pressure into the container, and in the at least one parameter characterizing the blow molding process by measurement is detected and fed to a control device which acts on at least one adjusting element influencing the blow molding process to change at least one.
  • the invention further relates to a device for blow-molding containers made of a thermoplastic material, which has at least one along a transport path of a preform arranged heating path and at least one blow mold blow station, and in which a control device is used, and the has at least one sensor for metrological detection of at least one characterizing the Blasformungsvorgangs parameter, which is connected to the control device.
  • a container molding by blowing pressure preforms of a thermoplastic material such as preforms made of PET (polyethylene terephthalate), supplied to different processing stations within a blow molding machine.
  • a blow molding machine has a heating device and a blowing device, in the region of which the previously tempered preform is expanded by biaxial orientation to form a container.
  • the expansion takes place with the aid of compressed air, which is introduced into the preform to be expanded.
  • the procedural sequence in such an expansion of the preform is explained in DE-OS 43 40 291.
  • the introductory mentioned introduction of the pressurized gas also includes the introduction of compressed gas into the developing container bubble and the introduction of compressed gas into the preform at the beginning of the blowing process.
  • the preforms as well as the blown containers can be transported by means of different handling devices.
  • the use of transport mandrels, onto which the preforms are attached, has proven to be useful.
  • the preforms can also be handled with other support devices.
  • the use of tongs for handling preforms and the use of spreading tongs Thorns that can be inserted into a mouth region of the preform for mounting are likewise among the available constructions.
  • a handling of containers using transfer wheels is described, for example, in DE-OS 199 06 438 in an arrangement of the transfer wheel between a blowing wheel and a discharge path.
  • blow molding stations different embodiments are known.
  • blow stations which are arranged on rotating transport wheels, a book-like unfoldability of the mold carrier is frequently encountered. But it is also possible to use relatively movable or differently guided mold carrier.
  • fixed blowing stations which are particularly suitable for receiving a plurality of cavities for container molding, typically plates arranged parallel to one another are used as mold carriers.
  • the preforms are typically attached to transport mandrels, which either transport the preform through the entire blow molding machine or which are only in the area of the heating element. circulating direction.
  • transport mandrels which either transport the preform through the entire blow molding machine or which are only in the area of the heating element.
  • the preforms are usually plugged onto a sleeve-shaped support member of the transport mandrel.
  • expanding mandrels are introduced into the mouths of the preforms, which clamp the preforms in the rule.
  • an essential task is to achieve a predetermined material distribution in the container wall.
  • An essential parameter for specifying the resulting material distribution is the distribution of the heat distribution realized before the blow molding in the preforms.
  • the heat distribution is typically realized in such a way that a same temperature level is produced in a circumferential direction of the preforms and a temperature profile is generated in a longitudinal direction of the preforms.
  • a suitable temperature profile also takes place through the wall of the preform from outside to inside. Basically, portions of the preform having a lower temperature will tend to result in thicker wall portions of the blown container and that the warmer portions of the preform will be more stretched as the blow molding is performed, thereby resulting in thinner wall portions of the blown container.
  • the temperature in the region of the preforms can be measured with so-called pyrometers.
  • a metrological detection of a concrete wall thickness in the field of Blown container can be done with so-called wall thickness sensors, for example, work optically or using sound waves.
  • Further essential parameters for influencing the material distribution in the blown container are the stretching speed, the time allocation of the stretching process to the blown gas feed, the volume flow of the blown gas and the time pressure course during the expansion of the preform to the container.
  • the control of the actual blowing pressure turns out to be difficult, since between a control valve for Blastikvorgabe and the preform to be expanded a flow path with different line cross sections and the flow influencing chokes and beyond by the increase in volume of the preform during the forming in the container a reaction the resulting pressure is caused.
  • the retraction of the stretch rod into the preform leads to a reduction in the available volume.
  • an adaptation takes place unknown or time-varying influencing parameters in that an operator of the blow molding machine checks the produced bottles and manually changes parameters of the blowing process via a user interface of the control device.
  • Such a procedure results in that first of all a multiplicity of bottles are produced, whose properties deviate from predetermined nominal values and, in some cases, an iterative approach to the ideal bottle design takes place.
  • Even with a metrological detection of properties of the blown bottles and a feedback in the context of regulations firstly deviations must occur in order to be able to respond, in addition, the existing control concepts due to the complex interactions between the individual blow parameters weaknesses that either too unsatisfactory adjustments of deviations, or result in long settling times.
  • the object of the present invention is to improve a method of the type mentioned in the introduction in such a way that a high-quality container formation with simultaneously high throughput rates is supported with little mechanical engineering effort.
  • Another object of the present invention is to construct a device of the initially mentioned type such that high throughput rates are supported with a simple design and good product quality.
  • control device has a simulation model, which calculates based on the measured blowing process characterizing parameters at least one property of the finished blown container and compared with a setpoint and that based on a possible deviation between the setpoint and the actual value of the the blow-molding process influencing parameters of the actuator is variable such that a possible remaining deviation is minimized.
  • the control or regulation of the blowing process taking into account a blown container characterizing parameter and the consideration of the interactions of individual influencing factors by the simulation model of the blowing process allows a qualitatively extremely high-quality container production, since predetermined setpoints are met with low tolerances and carried out a balancing of disturbances with a small time delay can.
  • the simulation model takes into account, in particular, flow cross sections and flow resistances in the area of the blast gas supply, interactions between the resulting pressure, the volume flow of blowing gas and volcano changes due to the developing container bladder and the respective positioning of the stretch rod and given other influencing factors, such as the temperature of the preforms, the temperature distribution in the wall of the preforms and the blow molding temperature. in principle It is possible to include any additional influencing factors in the simulation model of the blowing process.
  • the simulation model not only simulates the physical processes of the blowing process, but that the entire manufacturing process of the blow-molded container is simulated and thereby without a necessary metrological detection From the actual properties of the blown container, the properties of the blown container can be predetermined even on the basis of the present parameters of the heating process, the blowing process and the materials used with a very high reliability. It is thus possible, in particular, to act on the production process in such a way that the production of containers with undesired properties is avoided even before the production of containers which will not have desired properties.
  • the simulation model can take into account the expert knowledge of material properties of the thermoplastic material used and of the blown containers made from this material.
  • material properties material distributions in the preform and in the blown bottle and the bottle contour, in particular the information about the bottle contour comprises the contour immediately after completion of the blowing process, the contour After removal of the container from the blow mold, the contour after a possible shrinking back and the contour in the state of use, for example with a bottled carbonated beverage.
  • the simulation model can determine different properties of the blown containers, for example the stackability of the containers, the grip stability and the behavior of the container under pressure.
  • control can also be realized as regulation and all processes designated as regulation can also be carried out as a controller in a simplified embodiment. It is also possible to additionally carry out a control in the processes explained with regard to a control, or additionally to carry out a control in the processes explained with regard to the control.
  • a realistic simulation can be carried out by evaluating at least one parameter characterizing the blow molding process selected from the group preforming temperature, preform temperature distribution, blowing pressure profile, stretching behavior, material properties, material distribution in the preform, material distribution in the blown container, container contour, environmental parameters becomes.
  • a high degree of correspondence between the simulated values and actual values can be achieved by the simulation model performing the simulations using expert knowledge. Meaningful results are provided by the fact that in the simulated simulation of properties of the blown container at least one parameter of the blown container selected from the group material distribution in the blown container, container contour under pressure load, stackability of the container, grip stability of the container, pressure behavior of the container is simulated.
  • An adaptive simulation model is provided by comparing at least one simulated value of the blown container with a property of a real blown container.
  • a good match of simulated and actual values can be achieved by performing a metrological detection of at least one parameter of the blown container.
  • 1 is a perspective view of a blowing station for the production of containers from preforms
  • 2 shows a longitudinal section through a blow mold, in which a preform is stretched and expanded
  • FIG. 3 shows a sketch to illustrate a basic structure of a device for blow molding containers
  • Fig. 4 shows a modified heating with enlarged
  • Fig. 5 is a schematic representation of a
  • Fig. 6 is a schematic representation of a variant of
  • FIG. 1 The basic structure of a device for forming preforms (1) in container (2) is shown in FIG. 1 and in FIG. 2.
  • the device for forming the container (2) consists essentially of a blowing station (3) which is provided with a blow mold (4) into which a preform (1) can be inserted.
  • the preform (1) may be an injection-molded part of polyethylene terephthalate.
  • the blow mold (4) consists of mold halves (5, 6) and a bottom part (7), which is a lifting device (8) is positionable.
  • the preform (1) can be held in the region of the blowing station (3) by a transport mandrel (9) which, together with the preform (1), has a plurality of treatments. training stations within the device. But it is also possible to use the preform (1), for example via pliers or other handling means directly into the blow mold (4).
  • a connecting piston (10) is arranged, which feeds the preform (1) compressed air and at the same time makes a seal relative to the transport mandrel (9).
  • a connecting piston (10) is arranged, which feeds the preform (1) compressed air and at the same time makes a seal relative to the transport mandrel (9).
  • a stretching of the preform (1) takes place in this embodiment by means of a stretching rod (11), which is positioned by a cylinder (12).
  • a mechanical positioning of the stretch rod (11) is carried out over curve segments, which are acted upon by Abgriff rollers.
  • the use of curve segments is particularly useful when a plurality of blowing stations (3) are arranged on a rotating blowing wheel
  • the stretching system is designed such that a tandem arrangement of two cylinders (12) is provided. From a primary cylinder (13), the stretch rod (11) is first moved to the area 'of a bottom (14) of the preform (1) before the beginning of the actual stretching operation.
  • the primary cylinder (13) with extended stretching rod together with a carriage (15) carrying the primary cylinder (13) is positioned by a secondary cylinder (16) or via a cam control.
  • the secondary cylinder (16) so cam controlled that of a guide roller (17) during the implementation of the Stretching process slides along a curved path, a current stretching position is specified.
  • the guide roller (17) is pressed by the secondary cylinder (16) against the guideway.
  • the carriage (15) slides along two guide elements (18).
  • the carriers (19, 20) are locked relative to one another by means of a locking device (20).
  • Fig. 2 shows in addition to the blown container (2) and dashed lines drawn the preform (1) and schematically a developing container bladder (23).
  • Fig. 3 shows the basic structure of a blow molding machine, which is provided with a heating section (24) and a rotating blowing wheel (25).
  • a preform input (26) the preforms (1) are transported by transfer wheels (27, 28, 29) into the region of the heating path (24).
  • heating element (30) and blower (31) are arranged to temper the preforms (1). After a sufficient temperature of the preforms (1) they are transferred to the blowing wheel (25), in the area of the blow molding stations
  • the finished blown containers (2) are made by further transfer wheels of a discharge line
  • thermoplastic material different plastics can be used.
  • PET, PEN or PP can be used.
  • the expansion of the preform (1) during the orientation process is carried out by compressed air supply.
  • the compressed air supply is in a pre-blowing phase in which gas, for example compressed air, is supplied at a low pressure level and subdivided into a subsequent main blowing phase, in which gas is supplied at a higher pressure level.
  • gas for example compressed air
  • main blowing phase in which gas is supplied at a higher pressure level.
  • compressed air is typically used at a pressure in the interval of 10 bar to 25 bar and during the main blowing phase compressed air is supplied at a pressure in the interval of 25 bar to 40 bar.
  • the heating section (24) from a plurality of revolving transport elements (33) is formed, which are strung together like a chain and guided by guide wheels (34).
  • guide wheels (34) In particular, it is intended to open up a substantially rectangular basic contour by the chain-like arrangement.
  • a single relatively large dimensioned deflection wheel (34) and in the region of adjacent deflections two comparatively smaller dimensioned deflection wheels (36) used.
  • any other guides are conceivable.
  • the arrangement shown to be particularly useful since in the region of the corresponding extent of the heating section (24) three deflecting wheels (34, 36) are positioned, and although in each case the smaller deflection wheels (36) in the region of the transition to the linear curves of the heating track (24) and the larger deflection wheel (34) in the immediate transfer area to the transfer wheel (29) and the input wheel (35).
  • chain-like transport elements (33) it is also possible, for example, to use a rotating heating wheel.
  • a larger amount of preforms (1) per unit time can be tempered by the larger number of heating elements (30).
  • the fans (31) introduce cooling air into the region of cooling air ducts (39), which are opposite to the associated heating elements (30) and emit the cooling air via outflow openings.
  • a flow direction for the cooling air is realized substantially transversely to a transport direction of the preforms (1).
  • the cooling air channels (39) may be in the area of the heating elements (30) opposite surfaces provide reflectors for the heating radiation, it is also possible, via the discharged cooling air, a cooling of the heating elements
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a control system for the heating elements (30) or for radiant tubes in an outer control loop and for one or more parameters relating to the supply of blast gas in an inner control loop.
  • the control system is designed in the form of a cascade control.
  • An external control circuit detects behind the blow station (3) via the measuring device (41) the wall thickness (2) of the container (2) to at least a predetermined height level and supplies this actual value to the input of a wall thickness regulator (42). In principle, any other or additional parameters can also be detected by measurement and taken into account by the control.
  • Immediate input value for the wall thickness controller (42) is the control difference between a given wall thickness and the metrologically detected wall thickness.
  • An output value of the wall thickness regulator (42) provides the set point for an internal temperature control loop.
  • a temperature controller (43) is supplied with the difference between the output value of the wall thickness controller (42) and a temperature value of the preform (1) detected by a temperature sensor (44) at a predetermined height level as an immediate control value.
  • the innermost and thus fastest control circuit of the cascade control shown in FIG. 8 comprises one or more blowgas regulators (45).
  • the blowgas regulator (45) can be designed to control, for example, a pressure and / or a volume flow of the blown gas.
  • the actual value is the Blasgasregler (45) a control difference between a provided by a sensor (46) provided actual value for each controlled Blasgasparameter that results as the output value of an associated controlled system (47).
  • At least one of the controllers (42, 43, 45) is designed with an integral behavior in order to avoid control differences.
  • the control takes into account a dead time behavior of the control system due to the transport path lengths of the preforms (1) or the containers (2). In this case, it is taken into account that there is a delay, known as a function of the transport speed, between a manipulated variable change and a change in the output variable.
  • any other control structures can also be implemented.
  • cascade-like control structures it proves expedient to regulate rapidly variable process parameters in the inner circuits and slowly changing process parameters in the outer control circuits.
  • At least one of the measured values supplied by the sensors (41, 44, 46) is fed to a simulation model (48).
  • the simulation model (48) further includes one or more sensor inputs (49) to account for additional measured information regarding the blowing process.
  • the simulation model also has one or more model outputs (50), which allow influencing the control behavior.
  • the control characteristic of at least one of the controllers (42, 43, 45) is changed via the model output (50).
  • the model outputs (50) influence the input value of at least one of the controllers (42, 43, 45). This influencing can be done, for example, in addition to the influence caused by the sensors (41, 44, 46). It is also possible to replace at least one of the signals of the sensors (41, 44, 46) with a value available at the model output (50).
  • the simulation model (48) makes it possible to take into account complex relationships between the individual process parameters when carrying out the control. In particular delays, dead times and nonlinearities can be taken into account. In addition, the simulation model (48) also makes it possible to incorporate into the control process variables which elude immediate measurement or which could only be detected by measurement with great effort.
  • the regulation of a container manufacturing can be done for example on the basis of a predetermined pressure curve for the blowing pressure. If, in a comparison of the measured values with the values generated by the simulation model, deviations are detected in at least one of the metrologically detected parameters, then for each of the production cycles the starting point for supplying the pre-blowing pressure can be changed and / or it is possible to set the speed of the stretching operation appropriately increase or decrease. This can be done in particular by a specification of the respective retraction speed of the stretch rod in the preform to be drawn (1). It is also thought to make an adjustment of the temperature profile and / or the heating power.
  • simulation model (48) it is possible, in particular, to determine the results of the bottle labeling. mulation with the properties of real blown bottles. If deviations are detected during this adjustment, a correction of the process parameters can take place via correction processes and in particular via correction loops until the values of the bottle simulation match the properties of real blown bottles.
  • simulation model (48) is possible on the one hand in the context of a pure control. In particular, however, it is intended to provide a feedback control system that is integrated into the control of a blow molding machine. Such a regulation can also take into account, in particular, changes in the ambient conditions.
  • the simulation model (48) information about a temperature profile (52) are supplied. From the measuring device (41), the wall thickness or a wall thickness distribution in the area of the blown container (2) is detected and fed to a difference formation (53). The difference formation (53) receives as output value (54) of the simulation model (48) setpoint values for the wall thickness or a wall thickness distribution. A corresponding deviation (55) is fed to a differential input (56) of the simulation model (48). Taking into account the information fed in, the simulation model (48) provides temperature profile correction values (57).
  • the temperature profile typically relates to the temperature distribution of the preform (1) in its longitudinal direction and / or the temperature distribution between the inner or the outer boundary of the preform wall.
  • the deviation between simulated values for the wall thickness and actually measured process parameters with respect to the wall thickness is evaluated.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Blasformung von Behältern, bei dem ein Vorformling aus einem thermoplastischen Material nach einer thermischen Konditionierung entlang eines Transportweges im Bereich einer Heizstrecke innerhalb einer Blasform durch Blasdruckeinwirkung in den Behälter umgeformt wird, sowie bei dem mindestens ein den Blasformungvorgang charakterisierender Parameter messtechnisch erfasst und einer Steuereinrichtung zugeführt wird, die zur Veränderung mindestens eines den Blasformungsvorgang beeinflussenden Parameters auf mindestens ein Stellelement einwirkt, wobei von der Steuereinrichtung (51) unter Verwendung eines Simulationsmodells (48) basierend auf den gemessenen den Blasformungsvorgang charakterisierenden Parametern mindestens eine Eigenschaft des fertig geblasenen Behälters (2) errechnet und mit einem Sollwert verglichen wird und dass basierend auf einer eventuellen Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Ist-Wert der den Blasformungsvorgang beeinflussende Parameter derart verändert wird, dass eine eventuell verbleibende Abweichung minimiert wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Blasformung von Behältern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Blasformung von Behältern, bei dem ein Vorformling aus einem thermoplastischen Material nach einer thermischen Konditionierung entlang eines Transportweges im Bereich einer Heizstrecke innerhalb einer Blasform durch Blasdruckeinwirkung in den Behälter umgeformt wird, sowie bei dem mindestens ein den Blasformungsvorgang charakterisierender Parameter meßtechnisch erfaßt und einer Steuereinrichtung zugeführt wird, die zur Veränderung mindestens eines den Blasformungsvorgang beeinflussenden Parameters auf mindestens ein Stellelement einwirkt.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Blasformung von Behältern aus einem thermoplastischen Material, die mindestens eine entlang eines Transportweges eines Vorformlings angeordnete Heizstrecke und mindestens eine mit einer Blasform versehene Blasstation aufweist, sowie bei der eine Steuereinrichtung verwendet ist, und die mindestens einen Sensor zur meßtechnischen Erfassung mindestens eines den BlasformungsVorgang charakterisierenden Parameters aufweist, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist.
Bei einer Behälterformung durch Blasdruckeinwirkung werden Vorformlinge aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise Vorformlinge aus PET (Polyethylenterephthalat) , innerhalb einer Blasmaschine unterschiedlichen Bearbeitungsstationen zugeführt. Typischerweise weist eine derartige Blasmaschine eine Heizeinrichtung sowie eine Blas- einrichtung auf, in deren Bereich der zuvor temperierte Vorformling durch biaxiale Orientierung zu einem Behälter expandiert wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe von Druckluft, die in den zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der DE-OS 43 40 291 erläutert. Die einleitend erwähnte Einleitung des unter Druck stehenden Gases umfaßt auch die Druckgaseinleitung in die sich entwickelnde Behälterblase sowie die Druckgas- einleitung in den Vorformling zu Beginn des Blasvorganges.
Der grundsätzliche Aufbau einer Blasstation zur Behälterformung wird in der DE-OS 42 12 583 beschrieben. Möglichkeiten zur Temperierung der Vorformlinge werden in der DE- OS 23 52 926 erläutert.
Innerhalb der Vorrichtung zur Blasformung können die Vorformlinge sowie die geblasenen Behälter mit Hilfe unterschiedlicher Handhabungseinrichtungen transportiert werden. Bewährt hat sich insbesondere die Verwendung von Transport- dornen, auf die die Vorformlinge aufgesteckt werden. Die Vorformlinge können aber auch mit anderen Trageinrichtungen gehandhabt werden. Die Verwendung von Greifzangen zur Handhabung von Vorformlingen und die Verwendung von Spreiz- dornen, die zur Halterung in einen Mündungsbereich des Vor- formlings einführbar sind, gehören ebenfalls zu den verfügbaren Konstruktionen.
Eine Handhabung von Behältern unter Verwendung von Übergaberädern wird beispielsweise in der DE-OS 199 06 438 bei einer Anordnung des Übergaberades zwischen einem Blasrad und einer Ausgabestrecke beschrieben.
Die bereits erläuterte Handhabung der Vorfonnlinge erfolgt zum einen bei den sogenannten Zweistufenverfahren, bei denen die Vorformlinge zunächst in einem Spritzgußverfahren hergestellt, anschließend zwischengelagert und erst später hinsichtlich ihrer Temperatur konditioniert und zu einem Behälter aufgeblasen werden. Zum anderen erfolgt eine Anwendung bei den sogenannten Einstufenverfahren, bei denen die Vorformlinge unmittelbar nach ihrer spritzgußtechnischen Herstellung und einer ausreichenden Verfestigung geeignet temperiert und anschließend aufgeblasen werden.
Im Hinblick auf die verwendeten Blasstationen sind unterschiedliche Ausführungsformen bekannt. Bei Blasstationen, die auf rotierenden Transporträdern angeordnet sind, ist eine buchartige Aufklappbarkeit der Formträger häufig anzutreffen. Es ist aber auch möglich, relativ zueinander verschiebliche oder andersartig geführte Formträger einzusetzen. Bei ortsfesten Blasstationen, die insbesondere dafür geeignet sind, mehrere Kavitäten zur Behälterformung aufzunehmen, werden typischerweise parallel zueinander angeordnete Platten als Formträger verwendet.
Vor einer Durchführung der Beheizung werden die Vorformlinge typischerweise auf Transportdorne aufgesteckt, die den Vorformling entweder durch die gesamte Blasmaschine transportieren oder die lediglich im Bereich der Heizein- richtung umlaufen. Bei einer stehenden Beheizung der Vor- formlinge derart, daß die Mündungen der Vorformlinge in lotrechter Richtung nach unten orientiert sind, werden die Vorformlinge üblicherweise auf ein hülsenförmiges Halterungselement des Transportdornes aufgesteckt. Bei einer hängenden Beheizung der Vorformlinge, bei der diese mit ihren Mündungen in lotrechter Richtung nach oben orientiert sind, werden in der Regel Spreizdorne in die Mündungen der Vorformlinge eingeführt, die die Vorformlinge festklemmen.
Bei der Durchführung einer blastechnischen Behälterformung besteht eine wesentliche Aufgabe darin, in der Behälterwandung eine vorgegebene Materialverteilung zu erreichen. Ein wesentlicher Parameter zur Vorgabe der sich ergebenden Materialverteilung stellt die Verteilung der vor der Blasformung in den Vorformlingen realisierten Wärmeverteilung dar.
Die Wärmeverteilung wird typischerweise derart realisiert, daß in einer Umfangsrichtung der Vorformlinge ein gleiches Temperaturniveau und in einer Längsrichtung der Vorformlinge ein Temperaturprofil erzeugt wird. Darüber hinaus erfolgt auch durch die Wand des Vorformlings hindurch von außen nach innen die Vorgabe eines geeigneten Temperaturprofils. Grundsätzlich ist davon auszugehen, daß Bereiche des Vorformlings mit einer geringeren Temperatur zu dickeren Wandungsbereichen des geblasenen Behälters führen und daß die wärmeren Bereiche des Vorformlings bei der Durchführung der Blasverformung stärker verstreckt werden und hierdurch zu dünneren Wandungsbereichen des geblasenen Behälters führen.
Die Temperatur im Bereich der Vorformlinge kann mit sogenannten Pyrometern gemessen werden. Eine meßtechnische Erfassung einer konkreten Wanddicke im Bereich der geblasenen Behälter kann mit sogenannten Wanddickensensoren erfolgen, die beispielsweise optisch oder unter Verwendung von Schallwellen arbeiten.
Weitere wesentliche Parameter zur Beeinflussung der Materialverteilung im geblasenen Behälter sind die Reckgeschwindigkeit, die zeitliche Zuordnung des Reckvorganges zur BlasgasZuführung, der Volumenstrom des Blasgases sowie der zeitliche Druckverlauf bei der Expansion des Vorformlings zum Behälter. Insbesondere die Steuerung des tatsächlichen Blasdruckes erweist sich als schwierig, da zwischen einem Steuerventil zur Blasdruckvorgabe und dem zu expandierenden Vorformling ein Strömungsweg mit unterschiedlichen Leitungsquerschnitten und die Strömung beeinflussenden Drosseln liegt und darüber hinaus durch die Volumenvergrößerung des Vorformlings bei der Umformung in den Behälter eine Rückwirkung auf den sich einstellenden Druck hervorgerufen wird. Andererseits führt das Einfahren der Reckstange in den Vorformling zu einer Verminderung des verfügbaren Volumens. Darüber hinaus liegen vergleichsweise komplexe Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Parametern vor, die die konkrete sich ergebende Materialverteilung im geblasenen Behälter beeinflussen.
Die Vielzahl der Parameter und die Wechselwirkungen zwischen den Parametern führen dazu, daß statt einer tatsächlichen Regelung häufig nur eine Steuerung unter Berücksichtigung empirisch ermittelter und manuell vorgegebener Einstellungen erfolgt. Konkret realisierte Regelungen beziehen sich typischerweise auf einzelne Parameter, ohne die Komplexität des Blasprozesses in ausreichender Weise zu berücksichtigen.
Bei typischen Steuerungen erfolgt eine Anpassung an unbekannte oder zeitlich veränderliche Einflußparameter dadurch, daß ein Bediener der Blasmaschine die produzierten Flaschen überprüft und manuell über eine Bedienoberfläche der Steuereinrichtung Parameter des Blasvorganges verändert. Ein derartiges Vorgehen führt dazu, daß zunächst eine Vielzahl von Flaschen produziert werden, deren Eigenschaften von vorgegebenen Sollwerten abweichen und teilweise iterativ eine Annäherung an die ideale Flaschengestaltung erfolgen. Auch bei einer meßtechnischen Erfassung von Eigenschaften der geblasenen Flaschen und einer Rückkopplung im Rahmen von Regelungen müssen zum einen zunächst Regelabweichungen auftreten, um hierauf reagieren zu können, darüber hinaus weisen die vorhandenen Regelungskonzepte aufgrund der komplexen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Blasparametern Schwächen auf, die entweder zu nicht zufriedenstellenden Ausregelungen von Abweichungen führen, oder die lange Ausregelzeiten zur Folge haben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß mit geringem maschinenbaulichen Aufwand eine qualitativ hochwertige Behälterformung bei gleichzeitig hohen Durchsatzraten unterstützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von der Steuereinrichtung unter Verwendung eines Simulationsmodells basierend auf den gemessenen den Blasformungsvorgang charakterisierenden Parametern mindestens eine Eigenschaft des fertig geblasenen Behälters errechnet und mit einem Sollwert verglichen wird und daß basierend auf einer eventuellen Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert der den Blasformungsvorgang beeinflussende Parameter derart verändert wird, daß eine eventuell verbleibende Abweichung minimiert wird. Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß hohe Durchsatzraten bei einfachem konstruktiven Aufbau und guter Produktqualität unterstützt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung ein Simulationsmodell aufweist, das basierend auf den gemessenen den BlasformungsVorgang charakterisierenden Parametern mindestens eine Eigenschaft des fertig geblasenen Behälters errechnet und mit einem Sollwert vergleicht und daß basierend auf einer eventuellen Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert der den BlasformungsVorgang beeinflussende Parameter vom Stellelement derart veränderbar ist, daß eine eventuelle verbleibende Abweichung minimiert wird.
Die Steuerung oder Regelung des Blasvorganges unter Berücksichtigung eines den geblasenen Behälter charakterisierenden Parameters sowie die Berücksichtigung der Wechselwirkungen einzelner Einflußfaktoren durch das Simulationsmodell des Blasprozesses ermöglicht eine qualitativ äußerst hochwertige Behälterproduktion, da vorgegebene Sollwerte mit geringen Toleranzen eingehalten werden und eine Ausregelung von Störeinflüssen mit geringer Zeitverzögerung erfolgen kann. Das Simulationsmodell berücksichtigt insbesondere Strömungsquerschnitte und Strömungswiderstände im Bereich der Blasgaszufuhr, Wechselwirkungen zwischen dem sich einstellenden Druck, dem Volumenstrom an Blasgas sowie Voluraenänderungen aufgrund der sich entwickelnden Behälterblase und der jeweiligen Positionierung der Reckstange sowie gegebener weiterer Einflußfaktoren, wie beispielsweise die Temperatur der Vorformlinge, die Temperaturverteilung in der Wandung der Vorformlinge sowie die Blasformtemperatur. Grundsätzlich ist es möglich, beliebige zusätzliche Einflußfaktoren mit in das Simulationsmodell des Blasvorganges einzubeziehen.
Für eine schnelle Ausregelung von auftretenden Störungen bzw. zur Vermeidung des Auftretens derartiger Störungen trägt es wesentlich bei, daß das Simulationsmodell nicht nur die physikalischen Abläufe des Blasvorganges simuliert, sondern daß der gesamte Herstellungsprozeß der blasgeformten Behälter simuliert wird und daß hierdurch ohne ein notwendiges meßtechnisches Erfassen von tatsächlichen Eigenschaften des geblasenen Behälters bereits allein aufgrund der vorliegenden Parameter des Heizvorganges, des Blasvorganges sowie der verwendeten Materialien mit einer sehr großen Zuverlässigkeit die Eigenschaften des geblasenen Behälters vorherbestimmt werden können. Es ist somit insbesondere möglich, bereits vor einer Produktion von Behältern, die nicht gewünschte Eigenschaften aufweisen werden, derart auf den Produktionsprozeß einzuwirken, daß die Herstellung von Behältern mit unerwünschten Eigenschaften vermieden wird.
Beispielsweise ist es möglich, unter Verwendung von Expertenwissen, das der Steuerungseinrichtung in digitalisierter Form zur Verfügung gestellt werden kann, die betreffenden Simulationen durchzuführen. Das entsprechende Expertenwissen kann sich beispielsweise auf die Prozeßvorgänge sowohl des Heizprozesses als auch des Blasprozesses beziehen. Darüber hinaus kann das Simulationsmodell das Expertenwissen zu Materialeigenschaften des verwendeten thermoplastischen Materials sowie der geblasenen Behälter aus diesem Material berücksichtigen. Von Bedeutung sind hierbei Materialeigenschaften, Materialverteilungen im Vorformling und in der geblasenen Flasche sowie die Flaschenkontur, insbesondere umfassen die Informationen zur Flaschenkontur die Kontur unmittelbar nach einem Abschluß des Blasvorganges, die Kon- tur nach einer Entnahme des Behälters aus der Blasform, die Kontur nach einem eventuellen Rückschrumpfen sowie die Kontur im Benutzungszustand, beispielsweise mit einem abgefüllten karbonisierten Getränk. Das Simulationsmodell kann unterschiedliche Eigenschaften der geblasenen Behälter ermitteln, beispielsweise die Stapelfähigkeit der Behälter, die GriffStabilität sowie das Verhalten des Behälters bei einer Druckeinwirkung.
Im Hinblick auf die vorliegende Erfindung werden vorstehend und nachfolgend die Begriffe der Regelung sowie die Begriffe der Steuerung jeweils beispielhaft verwendet. Grundsätzlich können alle als Steuerung bezeichneten Vorgänge auch als Regelung realisiert werden und alle als Regelung bezeichneten Vorgänge lassen sich in einer vereinfachten Ausführung auch als Steuerung durchführen. Ebenfalls ist es möglich, bei den hinsichtlich einer Steuerung erläuterten Abläufen zusätzlich auch eine Regelung durchzuführen, oder bei den hinsichtlich der Regelung erläuterten Vorgänge zusätzlich auch eine Steuerung vorzunehmen.
Eine realitätsnahe Simulation kann dadurch durchgeführt werden, daß mindestens ein den BlasformungsVorgang charakterisierender Parameter ausgewählt aus der Gruppe Vorform- lingstemperatur, Temperaturverteilung im Vorformling, Blas- druckverlauf, Reckverlauf, Materialeigenschaften, Material- Verteilung im Vorformling, Materialverteilung im geblasenen Behälter, Behälterkontur, Umgebungsparameter ausgewertet wird.
Eine hohe Übereinstimmung zwischen den simulierten Werte und tatsächlichen Werten kann dadurch erreicht werden, daß das Simulationsmodell unter Verwendung von Expertenwissen die Simulationen durchführt. Aussagefähige Ergebnisse werden dadurch bereitgestellt, daß bei der vom Simulationsmodell durchgeführten Simulation von Eigenschaften des geblasenen Behälters mindestens ein Parameter des geblasenen Behälters ausgewählt aus der Gruppe Materialverteilung im geblasenen Behälter, Behälterkontur unter Druckbelastung, Stapelfähigkeit des Behälters, Griff- Stabilität des Behälters, Druckverhalten des Behälters simuliert wird.
Ein adaptives Simulationsmodell wird dadurch bereitgestellt, daß mindestens ein simulierter Wert des geblasenen Behälters mit einer Eigenschaft eines real geblasenen Behälters verglichen wird.
Insbesondere kann eine gute Übereinstimmung von simulierten und tatsächlichen Werten dadurch erreicht werden, daß eine meßtechnische Erfassung mindestens eines Parameters des geblasenen Behälters durchgeführt wird.
Die Herstellung von geblasenen Behältern mit geringen Abweichungen von Sollparametern wird dadurch unterstützt, daß das Simulationsmodell innerhalb eines geschlossenen Regelkreises verwendet wird.
Eine schnelle Ausregelung von Störgrößen wird dadurch unterstützt, daß das Simulationsmodell als Teil einer Kaskadenregelung verwendet wird.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen.-
Fig. 1 Eine perspektivische Darstellung einer Blasstation zur Herstellung von Behältern aus Vorformlingen, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Blasform, in der ein Vorformling gereckt und expandiert wird,
Fig. 3 eine Skizze zur Veranschaulichung eines grundsätzlichen Aufbaus einer Vorrichtung zur Blas- formung von Behältern,
Fig. 4 eine modifizierte Heizstrecke mit vergrößerter
Heizkapazität,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines
Regelungskonzepts zur Regelung der Temperierung und der Blasformung unter Verwendung eines Simulationsmodells und
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Variante zur
Verwendung des Simulationsmodells.
Der prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zur Umformung von Vorformlingen (1) in Behälter (2) ist in Fig. 1 und in Fig. 2 dargestellt.
Die Vorrichtung zur Formung des Behälters (2) besteht im wesentlichen aus einer Blasstation (3) , die mit einer Blas- form (4) versehen ist, in die ein Vorformling (1) einsetzbar ist. Der Vorformling (1) kann ein spritzgegossenes Teil aus Polyethylenterephthalat sein. Zur Ermöglichung eines Einsetzens des Vorformlings (1) in die Blasform (4) und zur Ermöglichung eines Herausnehmens des fertigen Behälters (2) besteht die Blasform (4) aus Formhälften (5, 6) und einem Bodenteil (7) , das von einer Hubvorrichtung (8) positionierbar ist. Der Vorformling (1) kann im Bereich der Blasstation (3) von einem Transportdorn (9) gehalten sein, der gemeinsam mit dem Vorformling (1) eine Mehrzahl von Behand- lungsStationen innerhalb der Vorrichtung durchläuft. Es ist aber auch möglich, den Vorformling (1) beispielsweise über Zangen oder andere Handhabungsmittel direkt in die Blasform (4) einzusetzen.
Zur Ermδglichung einer Druckluftzuleitung ist unterhalb des Transportdornes (9) ein Anschlußkolben (10) angeordnet, der dem Vorformling (1) Druckluft zuführt und gleichzeitig eine Abdichtung relativ zum Transportdorn (9) vornimmt. Bei einer abgewandelten Konstruktion ist es grundsätzlich aber auch denkbar, feste Druckluftzuleitungen zu verwenden.
Eine Reckung des Vorformlings (1) erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer Reckstange (11) , die von einem Zylinder (12) positioniert wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird eine mechanische Positionierung der Reckstange (11) über Kurvensegmente durchgeführt, die von Abgriffrollen beaufschlagt sind. Die Verwendung von Kurvensegmenten ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Blasstationen (3) auf einem rotierenden Blasrad angeordnet sind
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist das Recksystem derart ausgebildet, daß eine Tandem-Anordnung von zwei Zylindern (12) bereitgestellt ist. Von einem Primärzylinder (13) wird die Reckstange (11) zunächst vor Beginn des eigentlichen Reckvorganges bis in den Bereich ' eines Bodens (14) des Vorformlings (1) gefahren. Während des eigentlichen Reckvorganges wird der Primärzylinder (13) mit ausgefahrener Reckstange gemeinsam mit einem den Primärzylinder (13) tragenden Schlitten (15) von einem Sekundärzylinder (16) oder über eine Kurvensteuerung positioniert. Insbesondere ist daran gedacht, den Sekundärzylinder (16) derart kurvengesteuert einzusetzen, daß von einer Führungsrolle (17) , die während der Durchführung des Reckvorganges an einer Kurvenbahn entlang gleitet, eine aktuelle Reckposition vorgegeben wird. Die Führungsrolle (17) wird vom Sekundärzylinder (16) gegen die Führungsbahn gedrückt. Der Schlitten (15) gleitet entlang von zwei Führungselementen (18) .
Nach einem Schließen der im Bereich von Trägern (19, 20) angeordneten Formhälften (5, 6) erfolgt eine Verriegelung der Träger (19, 20) relativ zueinander mit Hilfe einer Verriegelungseinrichtung (20) .
Zur Anpassung an unterschiedliche Formen eines Mündungs- abschnittes (21) des Vorformlings (1) ist gemäß Fig. 2 die Verwendung separater Gewindeeinsätze (22) im Bereich der Blasform (4) vorgesehen.
Fig. 2 zeigt zusätzlich zum geblasenen Behälter (2) auch gestrichelt eingezeichnet den Vorformling (1) und schematisch eine sich entwickelnde Behälterblase (23) .
Fig. 3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Blasmaschine, die mit einer Heizstrecke (24) sowie einem rotierenden Blasrad (25) versehen ist. Ausgehend von einer Vorform- lingseingabe (26) werden die Vorformlinge (1) von Übergaberädern (27, 28, 29) in den Bereich der Heizstrecke (24) transportiert. Entlang der Heizstrecke (24) sind Heizelement (30) sowie Gebläse (31) angeordnet, um die Vorformlinge (1) zu temperieren. Nach einer ausreichenden Temperierung der Vorformlinge (1) werden diese an das Blasrad (25) übergeben, in dessen Bereich die Blasstationen
(3) angeordnet sind. Die fertig geblasenen Behälter (2) werden von weiteren Übergaberädern einer Ausgabestrecke
(32) zugeführt.
Um einen Vorformling (1) derart in einen Behälter (2) umformen zu können, daß der Behälter (2) Materialeigenschaften aufweist, die eine lange Verwendungsfähigkeit von innerhalb des Behälters (2) abgefüllten Lebensmitteln, insbesondere von Getränken, gewährleisten, müssen spezielle Verfahrensschritte bei der Beheizung und Orientierung der Vorformlinge (1) eingehalten werden. Darüber hinaus können vorteilhafte Wirkungen durch Einhaltung spezieller Dimen- sionierungsvorschriften erzielt werden.
Als thermoplastisches Material können unterschiedliche Kunststoffe verwendet werden. Einsatzfähig sind beispielsweise PET, PEN oder PP.
Die Expansion des Vorformlings (1) während des Orientierungsvorganges erfolgt durch Druckluftzuführung. Die DruckluftZuführung ist in eine Vorblasphase, in der Gas, zum Beispiel Preßluft, mit einem niedrigen Druckniveau zugeführt wird und in eine sich anschließende Haupt- blasphase unterteilt, in der Gas mit einem höheren Druckniveau zugeführt wird. Während der Vorblasphase wird typischerweise Druckluft mit einem Druck im Intervall von 10 bar bis 25 bar verwendet und während der Hauptblasphase wird Druckluft mit einem Druck im Intervall von 25 bar bis 40 bar zugeführt.
Aus Fig. 3 ist ebenfalls erkennbar, daß bei der dargestellten Ausführungsform die Heizstrecke (24) aus einer Vielzahl umlaufender Transportelemente (33) ausgebildet ist, die kettenartig aneinandergereiht und entlang von Umlenkrädern (34) geführt sind. Insbesondere ist daran gedacht, durch die kettenartige Anordnung eine im wesentlichen rechteckfδrmige Grundkontur aufzuspannen. Bei der dargestellten Ausführungsform werden im Bereich der dem Übergaberad (29) und einem Eingaberad (35) zugewandten Ausdehnung der Heizstrecke (24) ein einzelnes relativ groß dimensioniertes Umlenkrad (34) und im Bereich von benachbarten Umlenkungen zwei vergleichsweise kleiner dimensionierte Umlenkräder (36) verwendet. Grundsätzlich sind aber auch beliebige andere Führungen denkbar.
Zur Ermöglichung einer möglichst dichten Anordnung des Übergaberades (29) und des Eingaberades (35) relativ zueinander erweist sich die dargestellte Anordnung als besonders zweckmäßig, da im Bereich der entsprechenden Ausdehnung der Heizstrecke (24) drei Umlenkräder (34, 36) positioniert sind, und zwar jeweils die kleineren Umlenkräder (36) im Bereich der Überleitung zu den linearen Verläufen der Heiz- strecke (24) und das größere Umlenkrad (34) im unmittelbaren Übergabebereich zum Übergaberad (29) und zum Eingaberad (35) . Alternativ zur Verwendung von kettenartigen Transportelementen (33) ist es beispielsweise auch möglich, ein rotierendes Heizrad zu verwenden.
Nach einem fertigen Blasen der Behälter (2) werden diese von einem Entnahmerad (37) aus dem Bereich der Blasstationen (3) herausgeführt und über das Übergaberad (28) und ein Ausgaberad (38) zur Ausgabestrecke (32) transportiert .
In der in Fig. 4 dargestellten modifizierten Heizstrecke (24) können durch die größere Anzahl von Heizelementen (30) eine größere Menge von Vorformlingen (1) je Zeiteinheit temperiert werden. Die Gebläse (31) leiten hier Kühlluft in den Bereich von Kühlluftkanälen (39) ein, die den zugeordneten Heizelementen (30) jeweils gegenüberliegen und über Ausströmöffnungen die Kühlluft abgeben. Durch die Anordnung der Ausströmrichtungen wird eine Strömungs- richtung für die Kühlluft im wesentlichen quer zu einer Transportrichtung der Vorformlinge (1) realisiert. Die Kühlluftkanäle (39) können im Bereich von den Heizelementen (30) gegenüberliegenden Oberflächen Reflektoren für die Heizstrahlung bereitstellen, ebenfalls ist es möglich, über die abgegebene Kühlluft auch eine Kühlung der Heizelemente
(30) zu realisieren.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Regelungssystems für die Heizelemente (30) bzw. für Strahlerröhren in einem äußeren Regelkreis sowie für einen oder mehrere die Blasgaszufuhr betreffende Parameter in einem inneren Regelkreis. Das Regelungssystem ist in Form einer Kaskadenregelung ausgebildet. Ein äußerer Regelkreis erfaßt hinter der Blasstation (3) über die Meßeinrichtung (41) die Wanddicke (2) des Behälters (2) auf mindestens einem vorgegebenen Höhenniveau und führt diesen Istwert dem Eingang eines Wanddickenreglers (42) zu. Grundsätzlich können auch beliebige andere oder zusätzliche Parameter meßtechnisch erfaßt und durch die Regelung berücksichtigt werden. Unmittelbarer Eingangswert für den Wanddickenregler (42) ist die Regeldifferenz zwischen einer vorgegebenen Wanddicke sowie der meßtechnisch erfaßten Wanddicke. Ein Ausgangswert des Wanddickenreglers (42) stellt den Sollwert für einen inneren Temperaturregelkreis bereit .
Einem Temperaturregler (43) wird als unmittelbarer Steuerwert die Differenz zwischen dem Ausgangswert des Wanddik- kenreglers (42) und einem von einem Temperatursensor (44) erfaßten Temperaturwert des Vorformlings (1) auf einem vorgegebenen Höhenniveau zugeführt.
Der innerste und somit schnellste Regelkreis der in Fig. 8 dargestellten Kaskadenregelung umfaßt einen oder mehrere Blasgasregler (45) . Der Blasgasregler (45) kann zur Regelung beispielsweise eines Druckes und/oder eines Volumenflusses des Blasgases ausgebildet sein. Als Istwert wird dem Blasgasregler (45) eine Regeldifferenz zwischen einem von einem Sensor (46) bereitgestellten Istwert zum jeweils geregelten Blasgasparameter bereitgestellt, der sich als Ausgangswert einer zugeordneten Regelstrecke (47) ergibt.
Vorteilhafterweise ist mindestens einer der Regler (42, 43, 45) mit einem Integralverhalten ausgebildet, um Regeldifferenzen zu vermeiden. Gemäß einer weiteren Regelungsvariante berücksichtigt die Regelung ein Totzeitverhalten des Regelungssystems aufgrund der Transportweglängen der Vorform- linge (1) bzw. der Behälter (2) . Es wird hierbei berücksichtigt, daß eine in Abhängigkeit von der Transportgeschwindigkeit bekannte Verzögerung zwischen einer Stellgrößenveränderung und einer Veränderung der Ausgangsgröße vorliegt.
Alternativ zu der in Fig. 5 dargestellten kaskadenartigen Realisierung des Regelungskonzeptes können auch beliebige andere Regelungsstrukturen realisiert werden. Bei kaskadenartigen Regelungsstrukturen erweist es sich als zweckmäßig, in den inneren Kreisen schnell veränderliche Prozeßparameter und in den äußeren Regelkreisen langsam veränderliche Prozeßparameter zu regeln.
Mindestens einer der von den Sensoren (41, 44, 46) gelieferten Meßwerte wird einem Simulationsmodell (48) zugeführt. Das Simulationsmodell (48) weist darüber hinaus einen oder mehrere Sensoreingänge (49) auf, um zusätzliche gemessene Informationen im Hinblick auf den Blasprozeß zu berücksichtigen. Das Simulationsmodell weist darüber hinaus einen oder mehrere Modellausgänge (50) auf, die eine Beeinflussung des Regelungsverhaltens ermöglichen. Gemäß einer AusführungsVariante wird über den Modellausgang (50) die Regelcharakteristik mindestens eines der Regler (42, 43, 45) verändert. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist alternativ oder ergänzend auch daran gedacht, über den oder die Modellausgänge (50) den Eingangswert mindestens eines der Regler (42, 43, 45) zu beeinflussen. Diese Beeinflussung kann beispielsweise zusätzlich zu der von den Sensoren (41, 44, 46) hervorgerufenen Beeinflussung erfolgen. Ebenfalls ist es auch möglich, mindestens eines der Signale der Sensoren (41, 44, 46) durch einen am Modellausgang (50) verfügbaren Wert zu ersetzen.
Das Simulationsmodell (48) ermöglicht es, bei der Durchführung der Regelung komplexe Zusammenhänge zwischen den einzelnen Prozeßparametern zu berücksichtigen. Es können insbesondere Verzögerungen, Totzeiten und Nichtlinearitäten berücksichtigt werden. Darüber hinaus ermöglicht es das Simulationsmodell (48) auch, in die Regelung Prozeßgrößen einzubeziehen, die sich einer unmittelbaren meßtechnischen Erfassung entziehen oder die nur mit einem hohen Aufwand meßtechnisch erfaßbar wären.
Die Regelung einer Behälterherstellung kann beispielsweise auf Basis eines vorgegebenen Druckverlaufes für den Blas- druck erfolgen. Werden bei einem Vergleich der gemessenen Werte mit den vom Simulationsmodell generierten Werten Abweichungen bei mindestens einem der meßtechnisch erfaßten Parameter erkannt, so kann beispielsweise für jeden der Produktionszyklen der Startpunkt für die Zuführung des Vorblasdruckes geändert werden und/oder es ist möglich, die Geschwindigkeit des Reckvorganges in geeigneter Weise zu erhöhen oder zu erniedrigen. Dies kann insbesondere durch eine Vorgabe der jeweiligen Einfahrgeschwindigkeit der Reckstange in den zu reckenden Vorformling (1) hinein erfolgen. Ebenfalls ist daran gedacht, eine Anpassung des Temperaturprofils und/oder der Heizleistung vorzunehmen.
Unter Verwendung des Simulationsmodells (48) ist es insbesondere möglich, die ermittelten Resultate der Flaschensi- mulation mit den Eigenschaften real geblasener Flaschen abzugleichen. Falls bei diesem Abgleich Abweichungen festgestellt werden, kann über Korrekturvorgänge und insbesondere über Korrekturschleifen eine Veränderung der Prozeßparameter so lange erfolgen, bis die Werte der Flaschensimulation mit den Eigenschaften real geblasener Flaschen übereinstimmen.
Die Verwendung des Simulationsmodells (48) ist zum einen im Rahmen einer reinen Steuerung möglich. Insbesondere ist aber daran gedacht, ein rückgekoppeltes Regelungssystem bereitzustellen, das in die Steuerung einer Blasmaschine integriert ist. Durch eine derartige Regelung können insbesondere auch Veränderungen der Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden.
Alternativ oder ergänzend zu der in Fig. 5 veranschaulichten Verwendung des Simulationsmodels (48) ist es auch möglich, eine Verwendung entsprechend der Darstellung in Fig. 6 zu realisieren. Hier werden dem Simulationsmodell (48) Informationen zu einem Temperaturprofil (52) zugeführt. Von der Meßeinrichtung (41) wird die Wandstärke oder eine Wandstärkenverteilung in Bereich des geblasenen Behälters (2) erfaßt und einer Differenzbildung (53) zugeführt. Die Differenzbildung (53) erhält als Ausgangswert (54) des Simulationsmodells (48) Sollwerte für die Wandstärke oder eine Wandstärkenverteilung. Eine entsprechende Abweichung (55) wird einem Differenzeingang (56) des Simulationsmodells (48) zugeführt. Unter Berücksichtigung der eingespeisten Informationen stellt das Simulationsmodell (48) Korrekturwerte (57) für das Temperaturprofil bereit. Das Temperaturprofil betrifft typischerweise die Temperaturverteilung des Vorformlings (1) in seiner Längsrichtung und/oder die Temperaturverteilung zwischen der inneren oder der äußeren Begrenzung der Vorformlingswandung. Es wird somit die Abweichung zwischen simulierten Werten für die Wandstärke und tatsächlich gemessenen Prozeßparametern bezüglich der Wandstärke ausgewertet.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Blasformung von Behältern, bei dem ein Vorformling aus einem thermoplastischen Material nach einer thermischen Konditionierung entlang eines Transportweges im Bereich einer Heizstrecke innerhalb einer Blasform durch Blasdruckeinwirkung in den Behälter umgeformt wird, sowie bei dem mindestens ein den Blas- formungsvorgang charakterisierender Parameter meßtechnisch erfaßt und einer Steuereinrichtung zugeführt wird, die zur Veränderung mindestens eines den Blas- formungsvorgang beeinflussenden Parameters auf mindestens ein Stellelement einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuereinrichtung (51) unter Verwendung eines Simulationsmodells (48) basierend auf den gemessenen den Blasformungsvorgang charakterisierenden Parametern mindestens eine Eigenschaft des fertig ge- blasenen Behälters (2) errechnet und mit einem Sollwert verglichen wird und daß basierend auf einer eventuellen Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert der den BlasformungsVorgang beeinflussende Parameter derart verändert wird, daß eine eventuell verbleibende Abweichung minimiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein den Blasformungsvorgang charakterisierender Parameter ausgewählt aus der Gruppe Vorform- lingstemperatur, Temperaturverteilung im Vorformling (1) , Blasdruckverlauf, Blasgasvolumenstrom, Reckverlauf, Materialeigenschaften, MaterialVerteilung im Vorformling (1) , Materialverteilung im geblasenen Behälter (2) , Behälterkontur, Umgebungsparameter ausgewertet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulationsmodell (48) unter Verwendung von Expertenwissen die Simulationen durchführt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der vom Simulationsmodell (48) durchgeführten Simulation von Eigenschaften des geblasenen Behälters (2) mindestens ein Parameter des geblasenen Behälters (2) ausgewählt aus der Gruppe Materialverteilung im geblasenen Behälter (2) , Behälterkontur unter Druckbelastung, Stapelfähigkeit des Behälters (2) , GriffStabilität des Behälters (2) , Druckverhalten des Behälters (2) simuliert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein simulierter Wert des geblasenen Behälters (2) mit einer Eigenschaft eines real geblasenen Behälters (2) verglichen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine meßtechnische Erfassung mindestens eines Parameters des geblasenen Behälters (2) durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulationsmodell (48) innerhalb eines geschlossenen Regelkreises verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , daß das Simulationsmodell (48) als Teil einer Kaskadenregelung verwendet wird.
9. Vorrichtung zur Blasformung von Behältern aus einem thermoplastischen Material, die mindestens eine entlang eines Transportweges eines Vorformlings angeordnete Heizstrecke und mindestens eine mit einer Blas- form versehene Blasstation aufweist, sowie bei der eine Steuereinrichtung verwendet ist, und die mindestens einen Sensor zur meßtechnischen Erfassung mindestens eines den BlasformungsVorgang charakterisierenden Parameters aufweist, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (51) ein Simulationsmodell (48) aufweist, das basierend auf den gemessenen den BlasformungsVorgang charakterisierenden Parametern mindestens eine Eigenschaft des fertig geblasenen Behälters (2) errechnet und mit einem Sollwert vergleicht und daß basierend auf einer eventuellen Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert der den Blasformungsvorgang beeinflussende Parameter vom Stellelement derart veränderbar ist, daß eine eventuelle verbleibende Abweichung minimiert wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulationsmodell (48) zur Auswertung mindestens eines den Blasvorgang charakterisierenden Parameters ausgewählt aus der Gruppe Vorformlingstempera- tur, Temperaturverteilung im Vorformling (1) , Blasdruckverlauf, Blasgasvolumenstrom, Reckverlauf, Materialeigenschaften, Materialverteilung im Vorformling (1) , MaterialVerteilung im geblasenen Behälter (2) , Behälterkontur, Umgebungsparameter ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulationsmodell (48) zur Auswertung von digitalisiertem Expertenwissen ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulationsmodell (48) zur Auswertung mindestens eines Parameters des geblasenen Behälters (2) ausgewählt aus der Gruppe Materialverteilung im geblasenen Behälter (2) , Behälterkontur unter Druckbelastung, Stapelfähigkeit des Behälters (2) , Griffstabilität des Behälters (2) , Druckverhalten des Behälters (2) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulationsmodell (48) eine Vergleichseinrichtung zum Abgleich von simulierten Eigenschaften des geblasenen Behälters (2) mit Eigenschaften eines real geblasenen Behälters (2) aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13 , dadurch gekennzeichnet, daß an das Simulationsmodel (48) mindestens ein Sensor zur meßtechnischen Erfassung mindestens eines Parameters des geblasenen Behälters (2) angeschlossen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulationsmodell (48) innerhalb eines Regelkreises angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis als eine Kaskadenregelung ausgebildet ist.
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